JP2020032433A - 転造成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイスへの負荷を低減しつつ、歯車成形の精度の低下を抑制可能な転造成形装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る転造成形装置は、同一方向に回転する第１及び第２のダイスにワークＷを挟持させ、ワークＷの外周面に第１及び第２のダイスの歯部１２を溝として転写させ、ワークＷから歯車部材を成形する転造成形装置であって、歯部１２の歯の間隔は、歯車部材の歯の間隔の２倍であり、第１のダイス１１ａによって形成される隣接する溝３１同士の中央部に、第２のダイス１１ｂによって溝３２が形成されるように第１及び第２のダイスを回転させる。【選択図】図２

Description

本発明は、転造成形装置に関する。

同一方向に回転する一対の成形ダイスにワークを挟持させ、ワークの外周面に成形ダイスの歯部を溝として転写させ、ワークを成形する転造成形装置が知られている。特許文献１には、転造用のダイスを粗成形用ダイスと仕上げ成形用ダイスとに分け、成形ダイスにかかる加工負荷を抑制する、転造成形装置が開示されている。

特開平９−５７３８５号公報

発明者は、転造用のダイスを粗成形用ダイスと仕上げ成形用ダイスとに分けた場合、粗成形工程と仕上げ工程においてダイスの微少なずれが生じ、歯車の加工精度が低下するという問題を見出した。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、ダイスへの負荷を低減しつつ、歯車成形の精度の低下を抑制可能な転造成形装置を提供するものである。

本発明に係る転造成形装置は、
同一方向に回転する第１及び第２のダイスにワークを挟持させ、前記ワークの外周面に前記第１及び第２のダイスの歯部を溝として転写させ、前記ワークから歯車部材を成形する転造成形装置であって、
前記歯部の歯の間隔は、前記歯車部材の歯の間隔の２倍であり、
前記第１のダイスによって形成される隣接する溝同士の中央部に、前記第２のダイスによって溝が形成されるように前記第１及び第２のダイスを回転させる。

本発明に係る転造成形装置では、歯部の歯の間隔は、歯車部材の歯の間隔の２倍であり、第１のダイスによって形成される隣接する溝同士の中央部に、第２のダイスによって溝が形成されるように第１及び第２のダイスを回転させる。よって、ダイスへの負荷を低減しつつ、歯車成形の精度の低下を抑制可能な転造成形装置を提供することができる。

本発明により、ダイスへの負荷を低減しつつ、歯車成形の精度の低下を抑制可能な転造成形装置を提供することができる。

実施の形態に係る転造成形装置を示す概略斜視図である。 実施の形態に係る転造成形装置のダイスが備える歯部の詳細を示す概略図および拡大図である。 実施の形態に係る転造成形装置のダイスの歯部の、歯厚とピッチとの関係を示す概略図である。 実施の形態に係る転造成形装置のダイスがワークを加工する途中の様子を示す部分拡大図である。 実施例に係る転造成形装置のダイスの歯部に負荷される引張応力の最大主応力について、ＣＡＥ解析の結果を示す図である。 比較例に係る転造成形装置のダイスが備える歯部の詳細を示す概略図および拡大図である。 比較例に係る転造成形装置のダイスがワークを加工する途中の様子を示す部分拡大図である。 比較例に係る転造成形装置のダイスの歯部に負荷される引張応力の最大主応力について、ＣＡＥ解析の結果を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、当然のことながら、図１〜図４、図６〜図７に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。

＜実施の形態＞
以下、図１〜図４を参照し、本実施の形態に係る転造成形装置について説明する。

図１は、実施の形態に係る転造成形装置を示す概略斜視図である。図１に示すように、本実施の形態の転造成形装置は、一対の丸ダイス転造盤１１を備える。丸ダイス転造盤１１は、第１のダイス１１ａ及び第２のダイス１１ｂを備え、第１のダイス１１ａ及び第２のダイス１１ｂは同一方向に回転する。当該第１のダイス１１ａ及び第２のダイス１１ｂにワークＷを挟持させ、ワークＷの外周面に第１のダイス１１ａ及び第２のダイス１１ｂの歯部１２を溝として転写させ、ワークＷから歯車部材を成形する。

本実施の形態の転造成形装置を用いて作製する所望の歯車部材はやまば歯車であるため、図１に示す通り、第１のダイス１１ａ及び第２のダイス１１ｂはやまば歯車の形状であるが、これに限定されない。第１のダイス１１ａ及び第２のダイス１１ｂは、例えば、ヘリカルギヤ、平歯ギヤ等の形状とすることもできる。第１のダイス１１ａ及び第２のダイス１１ｂがそれぞれ備える歯部１２の具体的な構造については、図２を用いて後述する。

本実施の形態における転造成形装置の他の構成は不図示であるが、例えば、第１のダイス１１ａ及び第２のダイス１１ｂをそれぞれ回転させる丸ダイス転造盤１１用の駆動装置や、ワークＷを保持しつつ回転させるワーク用の駆動装置等を備える。換言すると、図１に示す構成以外は、一般的な転造成形装置と同様の構成を適宜選択可能である。また、上記丸ダイス転造盤１１を用いて、例えば、寄せ転造や歩み転造等を行うことができる。なお、寄せ転造とは、回転する一対のダイスの回転軸の軸間距離を狭める方向に変化させ、ワークを挟持して加工する転造であり、歩み転造とは、回転する一対のダイスの回転軸の軸間距離を一定に保ち、ワークを軸方向に回転させつつ移動させ、当該ワークを挟持して加工する転造である。

例えば、図１の転造成形装置を用いて寄せ転造を行う場合は、第１のダイス１１ａと第２のダイス１１ｂの軸間距離が変化するように、ダイスの回転軸方向と交差する方向に第１のダイス１１ａ及び第２のダイス１１ｂを移動させる移動装置を備えてもよい。

図２は、実施の形態に係る転造成形装置のダイスが備える歯部の詳細を示す概略図および拡大図である。図２では、代表して第１のダイス１１ａについて説明を行うが、第１のダイス１１ａと対となる第２のダイス１１ｂも同じ構成である。

図２に示すように、本実施の形態に係る第１のダイス１１ａは、歯部１２及び歯底１３を備える。図２に示すように、歯部１２の歯の間隔は、所望の歯車部材の歯の間隔の２倍である。換言すると、第１のダイス１１ａの歯部１２の歯の数は、所望の歯車部材の歯の数の半分の数である。なお、ここで「２倍」とは、所望の歯車部材を得られる程度であれば、多少のずれは許容されるものとする。

図３は、実施の形態に係る転造成形装置のダイスの歯部の、歯厚とピッチとの関係を示す概略図である。ダイスの歯厚及びピッチは、図３の一点鎖線で示すピッチ円ＰＣ上で測定を行う。一般に、歯車の歯厚は、ピッチの半分である。一方、図３に示す通り、本実施の形態に係る第１のダイス１１ａの歯部１２の歯の間隔は、所望の歯車部材の歯の間隔の２倍である。したがって、ピッチも２倍となり、本実施の形態における歯部１２の歯厚２１は、ピッチ２２の四分の一である。

図４は、実施の形態に係る転造成形装置のダイスがワークを加工する途中の様子を示す部分拡大図である。図４に示すように、第１のダイス１１ａの歯部１２がワークＷに対して押し付けられ転写されることによって、ワークＷには所望の歯車部材の形状の溝３１が形成される。

一方、図４に示すように、第１のダイス１１ａの歯底１３は凸部を有していないため、歯底１３と向かい合った部分のワークＷには、第１のダイス１１ａでは、溝が形成されない。そこで、第１のダイス１１ａによってワークＷに形成される、隣接する溝３１同士の中央部に、第２のダイス１１ｂの歯部１２によって溝３２が形成されるように、第１のダイス１１ａと第２のダイス１１ｂとを回転させる。換言すると、ワークＷに形成される連続する溝は、第１のダイス１１ａによって形成された溝３１と、第２のダイス１１ｂによって形成された溝３２とが交互に配列している。

また、図４に示すように、第１のダイス１１ａ及びワークＷは、黒細矢印にて示す方向にそれぞれ回転しながらワークＷを加工する。よって、ダイスとワークＷとが接する部分において、ダイスの歯部１２には負荷がかかる。具体的には、ダイスの歯部１２には、回転方向に引っ張られることによる引張応力が発生する。すなわち、ダイスの歯部１２を曲げる、曲げ力（黒太矢印）が発生する。一方で、本実施の形態における歯部１２の歯の間隔は、所望の歯車部材の歯の間隔の２倍であるため、ダイスの歯部１２は、加工中の溝３１以外は、ワークＷに拘束されていない。したがって、歯部１２に発生した曲げ力の大半を、第１のダイス１１ａ及びワークＷの回転方向に逃がすことができる（白抜き矢印で示す）。

発明者は、転造用のダイスを粗成形用ダイスと仕上げ成形用ダイスとに分けた場合、粗成形工程と仕上げ工程においてダイスの微少なずれが生じ、歯車の加工精度が低下するという問題を見出した。すなわち、従来は、同じ溝に異なるダイス（粗成形用ダイスと仕上げ成形用ダイス）を用いて、加工に２工程を要していた。

一方、本実施の形態では、同じ溝は同じダイスが加工している。換言すると、成形された歯車部材の連続する溝は交互に異なるダイスが加工している。すなわち、加工の工程としては１工程であるため、歯車成形の精度の低下を抑制することができる。また、歯部は、加工中の溝以外はワークに接しておらず、拘束されていない。したがって、歯部に発生した曲げ力の大半を、ダイス及びワークの回転方向に逃がすことができる。よって、ダイスへの負荷を低減することができる。さらに、本実施の形態に係る転造成形装置を用いて歯車部材を成形する際には、ワークを挟持し、ワークの表面に圧力を加えながら成形するため、ワーク表面が塑性変形し、強度を上げることができる。すなわち、転造成形により、成形した歯車部材の表面強度を上げることができる。

以下、図５を参照し、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

上記実施の形態にて説明した転造成形装置のダイスとワークとが接する部分において、ダイスの歯部には負荷がかかる。具体的には、ダイスの歯部には、回転方向に引っ張られる引張応力、すなわちダイスを曲げる曲げ力が発生する。本実施例では、ダイスの歯部にかかる引張応力（曲げ力）について、解析ソフトウェアであるＤＥＦＯＲＭ−３Ｄ（株式会社ヤマナカゴーキン製）を用いたＣＡＥ（computer aided engineering）解析を行った。具体的には、次元は３次元で解析を行い、計算には静的陰解法を用いて、メッシュ数は４０万要素の条件で、ＣＡＥ解析によってダイスを曲げる曲げ力のシミュレーションデータを得た。

図５は、実施例に係る転造成形装置のダイスの歯部に負荷される引張応力の最大主応力について、ＣＡＥ解析の結果を示す図である。図５の右側に示すグラデーションのバーは、引張応力の数値を示すスケールバーである。図５に示すように、本実施例のダイスの歯部１２に負荷された引張応力の主応力は、１．２ＧＰａであった。なお、図５では、ダイスの歯部１２が曲がった様子をより見やすく示すため、実際の変形倍率を２０倍にした状態の図面を示した。

次に、図６〜図８を参照し、比較例について説明する。
＜比較例＞
図６は、比較例に係る転造成形装置のダイスが備える歯部の詳細を示す概略図および拡大図である。比較例に係る転造成形装置は、実施例同様、一対の丸ダイス転造盤がワークを挟持して加工する構成であるが、ダイスの形状が実施例とは異なる。図６に示すように、ダイス１０１は、歯部１０２及び歯底１０３を備える。図６に示すように、ダイス１０１の歯部１０２の歯の数は、所望の歯車部材の歯の数と一致するものである。なお、一対のダイスのうち、不図示のダイスも同じ構成である。

図７は、比較例に係る転造成形装置のダイスがワークを加工する途中の様子を示す部分拡大図である。図７に示すように、ダイス１０１の歯部１０２がワークＷ２に対して押し付けられ転写されることによって、ワークＷ２には所望の歯車部材の形状の溝２０１が形成される。実施例とは異なり、一対のダイスが同じ溝２０１の加工を行う。

また、図７に示すように、ダイス１０１及びワークＷ２は、黒細矢印にて示す方向にそれぞれ回転しながらワークＷ２を加工する。よって、ダイス１０１とワークＷ２とが接する部分において、ダイスの歯部１０２には負荷がかかる。具体的には、ダイスの歯部１０２には、回転方向に引っ張られることによる引張応力が発生する。すなわち、ダイスの歯部１０２を曲げる曲げ力（黒太矢印）が発生する。比較例におけるダイス１０１の歯部１０２の間隔は、所望の歯車部材の歯の間隔と一致している。比較例では、実際にワークＷ２に接触し、加工を行っている歯部以外の歯部（図５では歯部１０２ａとして示す）も、ワークＷ２に拘束されたままの状態となり、歯部１０２には、実施例と比較して大きな曲げ力がかかる。

図８は、比較例に係るダイスの歯部に負荷される引張応力の最大主応力について、ＣＡＥ解析の結果を示す図である。実施例と同様に、ダイスの歯部にかかる引張応力（曲げ力）について、解析ソフトウェアであるＤＥＦＯＲＭ−３Ｄ（株式会社ヤマナカゴーキン製）を用いたＣＡＥ解析を行った。具体的には、次元は３次元で解析を行い、計算には静的陰解法を用いて、メッシュ数は４０万要素の条件で、ＣＡＥ解析のシミュレーションデータを得た。図８の右側に示すグラデーションのバーは、引張応力の数値を示すスケールバーである。

図８に示すように、比較例のダイスの歯部１０２に負荷された引張応力の主応力は、２．２ＧＰａであった。ここで、歯車部材を作製する際に用いるＳＫＤ（Steel Kogu Dice）等の型材は、型材の種類によるが、引張応力の主応力が２．０ＧＰａ以上となると、破壊されるものが多い。比較例では、図８に示す通り、歯部１０２の歯幅方向の中腹部が引張応力によって曲がるという結果であった。なお、図８では、ダイスの歯部が曲がった様子をより見やすく示すため、実際の変形倍率を２０倍にした状態の図面を示した。

以上の結果より、ダイスの歯部に負荷された引張応力の主応力は、比較例では２．２ＧＰａである一方、実施例では１．２ＧＰａという結果を得た。すなわち、本実施例に係る転造成形装置を用いることにより、ダイスの歯部への負荷を低減させることができた。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１１ 丸ダイス転造盤
１１ａ 第１のダイス
１１ｂ 第２のダイス
１２、１０２、１０２ａ 歯部
１３、１０３ 歯底
２１ 歯厚
２２ ピッチ
３１、３２、２０１ 溝
１０１ ダイス
ＰＣ ピッチ円
Ｗ、Ｗ２ ワーク

Claims (1)

1. 同一方向に回転する第１及び第２のダイスにワークを挟持させ、前記ワークの外周面に前記第１及び第２のダイスの歯部を溝として転写させ、前記ワークから歯車部材を成形する転造成形装置であって、
   前記歯部の歯の間隔は、前記歯車部材の歯の間隔の２倍であり、
   前記第１のダイスによって形成される隣接する溝同士の中央部に、前記第２のダイスによって溝が形成されるように前記第１及び第２のダイスを回転させる、
   転造成形装置。